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出版者:

作者:郁兆昌

出品人:

页数:104

译者:

出版时间:2007-6

价格:10.80元

装帧:

isbn号码:9787040210378

丛书系列:

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• 金属工艺学
• 金属材料
• 金属加工
• 机械制造
• 实训
• 练习册
• 工程技术
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• 技能提升
• 金属工艺

铸魂熔火：现代金属材料的探索与实践 本书简介 本书是一部面向高等工科院校材料科学与工程、机械工程、冶金工程等专业学生及相关领域工程师的专业技术著作。它聚焦于当代金属材料的微观结构、性能演变及其先进制造技术，旨在提供一个系统、深入且紧密结合工业前沿的知识框架。本书不仅涵盖了经典的热力学与动力学基础，更大量引入了近二十年来在新型合金设计、增材制造（3D打印）过程中的材料行为研究成果。 --- 第一部分：金属的微观世界与相变动力学 本部分是理解金属材料性能的基石，深入剖析了原子尺度上的排列规律与宏观力学性能之间的内在联系。 第一章：晶体结构与缺陷理论的深化 本章超越了基本的布拉维点阵介绍，着重探讨了非整数维度的晶体结构，如准晶体和高熵合金中的复杂有序/无序状态。重点阐述了点缺陷（空位、间隙原子）的迁移机制及其在高温蠕变和辐照损伤中的主导作用。特别引入了位错缠结与动态再结晶的定量模型，解释了材料在极端塑性变形下的强化与软化机制。对于层错能（SFE）的精确测量及其对孪晶诱发塑性（TWIP）效应的影响进行了详细的数学建模。 第二章：热力学基础的现代拓展 本章着眼于非平衡态热力学在金属加工中的应用。传统平衡相图的局限性被克服，我们转向使用CALPHAD（计算相图）方法来预测复杂多组元合金（如铝锂、镍基高温合金）在非平衡冷却速率下的相分离和析出动力学。详细介绍了吉布斯自由能最小化原理在液固界面能计算中的应用，并论证了形核势垒理论如何指导铸造过程中晶粒尺寸的控制。 第三章：扩散与相变动力学 本章是关于时间依赖性变化的深度研究。超越了经典的菲克定律，本章详细解析了Kirkendall效应在异质结扩散中的影响，以及界面反应速率对热处理窗口的制约。重点分析了扩散控制的固态相变（如贝氏体和马氏体转变）的非经典动力学模型，特别是应力诱导相变（SMP）在形状记忆合金（SMA）中的应用及其迟滞现象的能量学解释。 --- 第二部分：先进金属的制备与结构控制 本部分将理论与现代工业制造流程紧密结合，探讨如何通过精确控制制造过程来设计特定的微观结构。 第四章：先进铸造技术与凝固控制 本书对传统铸造的描述进行了更新，聚焦于定向凝固与单晶生长技术。详细阐述了凝固组织控制的电磁场法和振动法。对于高难度铸件（如涡轮叶片），分析了枝晶生长速度与溶质偏析的耦合方程，并探讨了利用高压快速冷却技术来抑制粗大碳化物的形成。 第五章：塑性加工的本构关系与本征效应 本章深入探讨了金属在变形过程中的本构关系。从描述宏观应力应变关系的Johnson-Cook模型的修正版，到更精细的晶体塑性有限元法（CPFEM）的应用。重点讲解了动态、等温和静态回复与再结晶的耦合作用，以及如何利用孪晶（Twinning）作为一种强化机制，特别是在低碳钢和镁合金中的应用。 第六章：增材制造中的材料行为（前沿焦点） 本章是本书的特色和核心创新点之一。它不再将增材制造视为一种简单的快速成型，而是视为一种极端快速凝固过程下的材料科学实验平台。详细分析了选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）中，高冷却速率（可达$10^6 ext{K/s}$级别）导致的非平衡相的形成，如非晶相和纳米晶体结构。重点讨论了残余应力、热裂纹敏感性（特别是对镍基和铝合金）的预测模型，以及如何通过优化扫描策略来控制熔池的对流和孔隙率。 --- 第三部分：性能评价、表征技术与功能化应用 本部分侧重于如何量化和验证材料的性能，并探索特定功能性金属材料的最新进展。 第七章：现代结构材料的性能表征 本章超越传统的拉伸试验，重点介绍原位（In-situ）表征技术。详细阐述了同步辐射X射线衍射（XRD）用于实时监测相变、透射电子显微镜（TEM）下的原位拉伸与加热实验，以及如何通过原子力显微镜（AFM）探测量子尺寸效应下的表面力学性能。同时，提供了疲劳断裂机制的全面评估，包括高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的寿命预测模型，特别是对裂纹萌生和扩展的非线性分析。 第八章：高性能与功能性金属材料 本章系统介绍了当前工业界和研究热点中的几类关键材料： 1. 超高强度钢（UHSS）：着重于先进高强钢（AHSS）中马氏体、贝氏体和残余奥氏体之间的协同增强机制。 2. 高温合金：深入剖析了镍基单晶合金中$gamma/gamma'$微观结构对蠕变性能的决定性影响，以及拓扑密排相（TOPSE）的抑制策略。 3. 金属间化合物（IMC）：如TiAl合金，讨论了其在常温脆性和高温氧化稳定性之间的权衡，以及通过元素掺杂实现室温增韧的路径。 4. 磁性与阻尼材料：介绍了形状记忆合金（SMA）和磁致伸缩材料（MSMA）的工作原理，及其在智能结构中的应用。 第九章：材料的服役环境与失效分析 本章关注材料在实际工况下的可靠性。除了标准的腐蚀分类，本书详细分析了应力腐蚀开裂（SCC）的电化学与力学耦合模型，特别是对含氢环境下的氢脆（HE）现象进行了深入探讨。对于核能和航空航天领域，重点分析了辐照损伤的微观机理，如辐照诱导的相分离和气泡的形成，及其对材料蠕变和断裂韧性的长期影响。 --- 本书特色总结： 本书结构严谨，从微观理论到宏观应用层层递进，内容紧跟国际金属材料研究的前沿，特别强调了计算材料学（如密度泛函理论DFT的应用）在指导新型合金设计中的作用。所有理论均配有详尽的数学推导和工业案例分析，确保了读者不仅理解“是什么”，更能掌握“为什么”和“如何做”。本书旨在培养下一代材料工程师对复杂金属系统进行设计、加工、表征和优化的综合能力。

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从内容覆盖的广度来看，这本书的视野非常开阔，它并没有将焦点局限在某一种特定的金属或某一种特定的加工技术上。我惊喜地发现，它系统地涵盖了从传统的铸造、锻造到现代的粉末冶金、增材制造等多种先进技术路线。对于每种工艺，它都清晰地分析了其适用范围、优缺点以及对材料性能的独特影响。这使得我能够跳出单一技术框架的限制，建立起一个更全面的金属加工技术知识体系。特别是关于材料选择与工艺匹配的讨论部分，作者提供了一套非常实用的决策流程图，帮助读者在面对复杂工程需求时，能够有条不紊地筛选出最优的解决方案。这种宏观的视角和跨领域的知识整合能力，让这本书的价值远远超出了普通的“操作手册”范畴，更像是一部金属工艺学的“百科全鉴”。

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这本书最令我称道的是它对实践操作环节的细致入微的描绘。它仿佛是一位经验丰富的老技师，耐心地在你耳边指导每一个步骤。对于那些需要精确控制的工艺，比如熔炼过程中的温度控制、浇铸时的冷却速率把控，文字描述极其精确，甚至精确到分钟和摄氏度的具体范围。更重要的是，它没有回避实践中常常出现的“意外”和“失败”，专门设置了“常见缺陷与排除”的章节，详细列举了气孔、缩孔、裂纹等问题的成因和对应的纠正措施，这对于我们这些需要自己动手实验或投身生产现场的人来说，简直是救命稻草。这些经验性的知识点，是书本上最难获取的，而这本书却将其系统地整理了出来，体现了作者深厚的实践积累，读起来让人倍感踏实可靠，仿佛身边就有一位高明的导师在随时提供指导。

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这本书的装帧设计确实是下了不少功夫的，封面采用了哑光处理，拿在手里有一种沉甸甸的质感，给人一种非常专业和严谨的印象。内页纸张的选用也很有考究，不是那种反光的亮面纸，而是偏向于米白色，阅读起来眼睛不容易疲劳，即使长时间盯着图表和文字看，舒适度也保持得很好。排版布局方面，内容组织得井井有条，每一章的标题和章节小标题都使用了清晰易读的字体，图文并茂的区域划分得非常合理，不会让人感觉信息过于拥挤。特别是那些复杂的金属结构图示，标注清晰，线条干净利落，即便是初学者也能大致摸清其结构脉络。我个人特别欣赏它在细节上的处理，比如页眉页脚的规范化设计，以及索引部分的详尽程度，这都体现了编辑团队对专业工具书制作的认真态度，让人感觉这本书不仅仅是一本学习资料，更像是一件精心制作的工艺品。整体来看，从触感到视觉，这本书都传达出一种高质量的专业水准，让人在学习之余，也能享受到翻阅和使用的愉悦感。

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阅读这本书的过程中，我深切感受到作者在语言风格上所展现出的那种严谨而又富有启发性的平衡感。它的语句组织清晰有力，避免了过多的华丽辞藻，每一个句子都旨在传达最核心的信息，这对于需要快速吸收知识的读者来说是极大的便利。然而，这种严谨性并未让内容变得僵硬，相反，作者巧妙地在技术叙述中融入了一些历史背景和发展趋势的探讨，使得学习过程充满了探索的乐趣。例如，在介绍某一历史悠久的锻造技术时，会顺带提及现代自动化设备是如何改进其效率和精度，这种古今结合的叙事方式，让知识点更加立体和生动。总而言之，这本书成功地将一本技术性极强的专业书籍，处理得既具备学术的深度，又拥有教材的易读性，让人在学习过程中感到既充实又高效，是一本值得反复研读的工具书。

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这本书在理论基础的构建上做得极为扎实，它并没有直接跳入那些晦涩难懂的操作流程，而是花费了大量的篇幅来解释金属材料的微观结构和宏观力学性能之间的内在联系。我以前总觉得这些基础知识很枯燥，但这本书的作者似乎找到了一个很好的平衡点，通过一系列生动的类比和图解，将晶格结构、位错运动、相变过程这些抽象的概念具象化了。特别是对于不同热处理工艺如何影响材料硬度和韧性的章节，作者使用了大量对比鲜明的实例数据和曲线图，逻辑推导非常严密，让人能清晰地看到参数变化带来的实际效果。这种由浅入深、层层递进的讲解方式，极大地降低了理解门槛，使得原本被认为是“高深莫测”的冶金原理变得触手可及。它不仅仅是在告诉你“是什么”，更在于解释了“为什么是这样”，这种深入骨髓的原理阐述，对于真正想成为行家里手的人来说，是无可替代的财富。

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